【摘要】：電動(dòng)自行車中的蓄電池廢棄之后對(duì)環(huán)境存在極大地威脅,將儲(chǔ)能彈簧與發(fā)電機(jī)結(jié)合從而應(yīng)用到電動(dòng)自行車上,可以較大程度上消除廢棄蓄電池對(duì)環(huán)境的污染。本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于電動(dòng)自行車上的彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng),其能量來源于加能系統(tǒng)和制動(dòng)能量回收兩個(gè)方面。分別對(duì)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)、加能系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分析確定出在加能系統(tǒng)中采用速度均勻、空間尺寸小且傳動(dòng)效率高的無急回特性曲柄搖桿加能機(jī)構(gòu)。分析了彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)中傳動(dòng)—調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行過程中的能量流動(dòng)特點(diǎn),采用功率表征能量在傳輸過程中的瞬時(shí)值。建立了傳動(dòng)—調(diào)速系統(tǒng)能量傳輸理論模型以及整體系統(tǒng)能量傳輸理論模型。對(duì)彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能彈簧進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與分析。分別對(duì)三種儲(chǔ)能彈簧(單一扭轉(zhuǎn)彈簧、組合扭轉(zhuǎn)彈簧及平面渦卷彈簧)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究,結(jié)果表明:在彈簧直徑和工作圈數(shù)相同的情況下,平面渦卷彈簧質(zhì)量和徑向尺寸最小、儲(chǔ)能密度較高并且安裝簡便。對(duì)平面渦卷彈簧收緊過程中的簧片位置分布、應(yīng)力分布進(jìn)行了仿真分析,獲得了整體應(yīng)力變化規(guī)律以及收緊后各層簧片上應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力分布規(guī)律�；诜治鼋Y(jié)果對(duì)平面渦卷彈簧外端固定處的接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)與仿真分析,結(jié)果表明:采用反向彎頭固定的連接方式有利于減小連接處的最大應(yīng)力。研究了彈簧材料性能、截面形狀對(duì)儲(chǔ)能密度的影響,結(jié)果表明:彈簧材料選用彈簧鋼比較合理,在截面壁厚相同的情況下,工字截面異型彈簧的儲(chǔ)能密度最高。對(duì)彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)中增速齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率進(jìn)行分析與仿真研究�？紤]齒輪嚙合時(shí)載荷分布不均勻的影響,建立了增速齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的最小油膜厚度理論模型,獲得了最小油膜厚度隨嚙合點(diǎn)位置的變化規(guī)律。基于膜厚比確定彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)中傳動(dòng)系統(tǒng)的潤滑狀態(tài)為邊界潤滑狀態(tài)。建立了增速齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)嚙合效率理論模型。利用MATLAB分析得出傳動(dòng)比、摩擦系數(shù)、壓力角、主動(dòng)輪齒數(shù)、中心距等因素對(duì)嚙合效率的影響規(guī)律。利用ABAQUS建立增速齒輪模型,研究了嚙合過程中主動(dòng)輪和從動(dòng)輪沿齒面方向接觸應(yīng)力的分布規(guī)律、從動(dòng)輪Mises等效應(yīng)力的分布規(guī)律。建立了增速齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中軸承摩擦功率損失理論模型。在此基礎(chǔ)上建立了增速齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)整體傳動(dòng)效率理論模型。制作了彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)樣機(jī),實(shí)驗(yàn)獲得輸出電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)樣機(jī)的發(fā)電性能穩(wěn)定,驗(yàn)證了彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。
【圖文】：

１一腳瞪；２—連桿；３＿儲(chǔ)能彈簧軸Ｉ邋；邋４一車輪主軸；５—前箱體；６—后箱體；７—套筒；逡逑８—支撐板；９—發(fā)電機(jī)逡逑圖２－２彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)行駛加能逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｓｐｒｉｎｇ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｔｏｒａｇｅ邋ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｄｒｉｖｉｎｇ邋ｌｏａｄｉｎｇ邋ｅｎｅｒｇｙ逡逑這部應(yīng)用到電動(dòng)自行車上的彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)在使用加能系統(tǒng)儲(chǔ)存能量逡逑時(shí)，分為停車和行駛兩種加能狀態(tài)。如圖２－１所示，在停車時(shí)，通過外部加能逡逑電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)使儲(chǔ)能彈簧變形，從而完成能量儲(chǔ)存。如圖２－２所示，逡逑在行駛過程中，通過腳蹬踏板的方式使儲(chǔ)能彈簧變形，從而不斷補(bǔ)充儲(chǔ)能彈簧逡逑中的能量。在剎車時(shí)，為了提高能量利用率，最大程度地利用輸入到彈簧儲(chǔ)能逡逑式發(fā)電系統(tǒng)中的能量，在整體系統(tǒng)上增加制動(dòng)能量回收裝置。該裝置不但可以逡逑１０逡逑

１一加能電機(jī)；２—加能曲柄；３—連桿；４—搖桿；５—儲(chǔ)能彈簧軸Ｉ邋；邋６—車輪主軸；７—前逡逑箱體；８—后箱體；９—套筒；１０—支撐板；１１—發(fā)電機(jī)逡逑圖２－１彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)停車加能逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｓｐｒｉｎｇ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｔｏｒａｇｅ邋ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｐａｒｋｉｎｇ邋ｌｏａｄｉｎｇ邋ｅｎｅｒｇｙ逡逑２逡逑１一腳瞪；２—連桿；３＿儲(chǔ)能彈簧軸Ｉ邋；邋４一車輪主軸；５—前箱體；６—后箱體；７—套筒；逡逑８—支撐板；９—發(fā)電機(jī)逡逑圖２－２彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)行駛加能逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｓｐｒｉｎｇ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｔｏｒａｇｅ邋ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｄｒｉｖｉｎｇ邋ｌｏａｄｉｎｇ邋ｅｎｅｒｇｙ逡逑這部應(yīng)用到電動(dòng)自行車上的彈簧儲(chǔ)能式發(fā)電系統(tǒng)在使用加能系統(tǒng)儲(chǔ)存能量逡逑時(shí)，分為停車和行駛兩種加能狀態(tài)。如圖２－１所示，在停車時(shí)，，通過外部加能逡逑電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)使儲(chǔ)能彈簧變形，從而完成能量儲(chǔ)存。如圖２－２所示，逡逑在行駛過程中，通過腳蹬踏板的方式使儲(chǔ)能彈簧變形，從而不斷補(bǔ)充儲(chǔ)能彈簧逡逑中的能量。在剎車時(shí)，為了提高能量利用率，最大程度地利用輸入到彈簧儲(chǔ)能逡逑式發(fā)電系統(tǒng)中的能量，在整體系統(tǒng)上增加制動(dòng)能量回收裝置。該裝置不但可以逡逑１０逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U484

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本文編號(hào)：2598476